高粱種質(zhì)資源病蟲害抗性與主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

摘要：為了探明病蟲害發(fā)生與高粱半花期、株高等主要農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性，采用人工接菌和輔助接蟲的方法，對(duì)109份高粱種質(zhì)資源進(jìn)行炭疽病、靶斑病、彎孢霉葉斑病、大斑病和蚜蟲等5種病蟲害的抗性鑒定與評(píng)價(jià)，并調(diào)查半花期、株高、穗長(zhǎng)等主要農(nóng)藝性狀。結(jié)果表明，對(duì)炭疽病表現(xiàn)為抗病以上的高粱品種資源有39份，占總鑒定材料的35.78%；對(duì)靶斑病表現(xiàn)抗病以上的材料有81份，占74.31%；對(duì)彎孢霉葉斑病表現(xiàn)抗病以上的材料有54份，占49.54%；對(duì)大斑病表現(xiàn)抗病以上的材料有68份，占62.39%；對(duì)高粱蚜蟲表現(xiàn)抗以上的材料有38份，占34.86%。相關(guān)性分析結(jié)果表明，高粱株高與炭疽病抗性呈正相關(guān)，與靶斑病抗性呈負(fù)相關(guān)；高粱半花期與彎孢霉葉斑病抗性呈負(fù)相關(guān)；高粱大斑病抗性與炭疽病抗性呈負(fù)相關(guān)，與靶斑病抗性呈正相關(guān)；高粱穗長(zhǎng)與株高呈負(fù)相關(guān)。共篩選出兼抗5種病蟲害的抗病以上品種資源3份（哈1005、哈2013和哈R521），兼抗4種病蟲害的多抗性品種資源14份，這些具有優(yōu)異抗病蟲特性的高粱品種資源，為實(shí)現(xiàn)抗病育種和空間避病提供了鑒定技術(shù)及控病依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高粱；抗性鑒定；雙抗或多抗性；農(nóng)藝性狀；種質(zhì)資源；相關(guān)性

中圖分類號(hào)：S435.14" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）23-0117-07

胡" 蘭，徐" 婧，閆繼辰，等. 高粱種質(zhì)資源病蟲害抗性與主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2024，52（23）：117-123.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.23.016

收稿日期：2024-01-16

基金項(xiàng)目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（編號(hào)：CARS-06）；遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)計(jì)劃（編號(hào)：2021HQ1903）。

作者簡(jiǎn)介：胡" 蘭（1980—），女，遼寧鞍山人，碩士，副研究員，主要從事旱糧作物病害防控研究。E-mail：40164877@qq.com。

通信作者：姜" 鈺，博士，研究員，主要從事旱糧作物病害防控研究。E-mail：jiangyumiss@163.com。

世界第五大谷類作物——高粱（Sorghum bicolor）是一種重要的作物，因其抗逆性和強(qiáng)大的雜種優(yōu)勢(shì)，在世界干旱少雨地區(qū)發(fā)揮著增產(chǎn)潛能，不僅是我國(guó)重要的食用、飼用和工業(yè)用原料作物，而且也是一種重要的生物能源［1-2］。近年來，多種病蟲害普遍發(fā)生并廣泛傳播，使得高粱品質(zhì)下降，產(chǎn)量損失加重，嚴(yán)重威脅高粱生產(chǎn)。由高粱刺盤孢（Colletotrichum sublineolum）引起的高粱炭疽?。╯orghum anthracnose），廣泛分布在全球幾乎所有的大陸上，是最具破壞性的葉部病害之一，侵染高粱各個(gè)生長(zhǎng)階段的所有部位，導(dǎo)致高粱葉、穗（粒）和莖稈枯死、腐爛等，產(chǎn)量損失高達(dá)50%，高粱炭疽病病害級(jí)別與產(chǎn)量損失呈指數(shù)級(jí)正相關(guān)，即隨著病害級(jí)別的增高，高粱穗粒重及千粒重?fù)p失率相應(yīng)升高［3-4］。由凸臍蠕孢（Exserohilum turcicum）引起的高粱大斑?。⊿LB）在世界上相對(duì)涼爽和潮濕的地區(qū)流行，是影響高粱生產(chǎn)最重要的葉部病害之一，病殘?bào)w或土壤中的菌絲、菌核或孢子是主要侵染來源，感病品種可以造成50.00%～74.45%的產(chǎn)量損失［5-6］。由平臍蠕孢菌（Bipolaris sorghicola）引起的高粱靶斑病（TLS）主要危害高粱葉片和葉鞘，是高粱在高濕度條件下主要葉部病害之一，大多在葉部產(chǎn)生紫紅色或黃褐色病斑，大大降低了植物生物量，在我國(guó)東北地區(qū)和西部山區(qū)普遍發(fā)生［7］。由新月彎孢霉（Curvularia lunata）引起的高粱彎孢葉斑?。–LS）主要危害高粱葉部，也可在籽粒中寄藏，垂直繼代傳播，侵染玉米、高粱等作物。近幾年來，該病害在我國(guó)北部玉米、高粱產(chǎn)區(qū)均有發(fā)生。墨西哥的錫那羅亞州地區(qū)發(fā)現(xiàn)該病危害90多個(gè)高粱品種［8］。高粱蚜蟲（Melanaphis sacchar）在世界性各地廣泛分布，主要危害高粱、甘蔗等作物，在作物的整個(gè)生育期均可遭受蚜蟲的危害，其突發(fā)性和猖獗性嚴(yán)重制約了高粱生產(chǎn)，蚜蟲在刺吸汁液的同時(shí)還分泌大量蜜露，影響植株的光合作用及其正常生長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)造成植物莖稈彎曲，不能抽穗，甚至絕收。蚜蟲會(huì)造成高粱產(chǎn)量降低，此外蚜蟲還能攜帶、傳播高粱紅條病毒?。?］。遼寧省于1979年、山西省于1983—1984年的蚜蟲大發(fā)生，給當(dāng)?shù)馗吡簧a(chǎn)造成了重大損失。2015—2017年因蚜蟲危害，美國(guó)高粱種植面積減少了30%，生產(chǎn)收益減少了43%［10］。和其他作物一樣，病蟲害會(huì)造成高粱作物的巨大損失，除了病原菌突變或新害蟲種類的出現(xiàn)外，還取決于作物階段、品種的易感性和環(huán)境條件的普遍性。在化學(xué)防治、農(nóng)業(yè)防治和生物防治等措施中，最經(jīng)濟(jì)有效的方法是培育抗病品種，篩選抗性資源是選育抗病（蟲）品種的基礎(chǔ)和必要手段，因此掌握品種抗?。ㄏx）特性尤其重要。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者開展了高粱抗靶斑病、蚜蟲、炭疽病等鑒定評(píng)價(jià)研究，篩選出一系列抗病（蟲）品種，但對(duì)高粱抗彎孢霉葉斑病和大斑病鑒定研究較少，與農(nóng)藝性狀關(guān)聯(lián)性分析更少［11-16］。因此，本研究采用人工接菌和輔助接蟲進(jìn)行高粱抗?。ㄏx）性的鑒定，對(duì)109份高粱種質(zhì)資源進(jìn)行炭疽病、靶斑病、彎孢霉葉斑病、大斑病和高粱蚜蟲等5種病蟲害的抗性鑒定與評(píng)價(jià)，并與花期、株高等主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，以期為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)防病和抗病育種提供鑒定技術(shù)、控病依據(jù)和優(yōu)異種質(zhì)資源。

1" 材料與方法

1.1" 試驗(yàn)材料

鑒定所用的109份高粱種質(zhì)資源均來自中國(guó)黑龍江省，由遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所收集并保存。以L402B為抗病對(duì)照品種，NR10為感病對(duì)照品種，進(jìn)行高粱抗炭疽病的鑒定；以L407B為抗病對(duì)照品種，Tx622B為感病對(duì)照品種，進(jìn)行高粱抗靶斑病的鑒定；以LR218為抗病對(duì)照品種，以TNS30為感病對(duì)照品種，進(jìn)行高粱抗彎孢霉葉斑病的鑒定；以LR215為抗病對(duì)照品種，R1為感病對(duì)照品種，進(jìn)行高粱抗大斑病的鑒定；以TAM428為抗蚜對(duì)照品種，以L405B為感蚜對(duì)照品種，進(jìn)行高粱抗蚜能力的鑒定。高粱蚜蟲系遼寧省沈陽地區(qū)的自然發(fā)生種群。

1.2" 病原菌的分離與保存

分別于2019年9月在遼寧省沈陽市、阜新市、朝陽市等高粱主產(chǎn)區(qū)采集病葉標(biāo)本，剪成2 cm×4 cm 小片，用1% NaClO溶液進(jìn)行表面消毒2 min，再用無菌水漂洗3次，平放于水瓊脂培養(yǎng)基（WA）平板上，于25 ℃培養(yǎng)5 d。用接種針挑取分生孢子進(jìn)行單孢分離純化，經(jīng)病原菌鑒定、致病性測(cè)定后，確定為供接種用菌株，菌株在20%甘油中于 -40 ℃ 下長(zhǎng)期保存、備用。

1.3" 供試材料的準(zhǔn)備

2020—2021年連續(xù)2年在遼寧省經(jīng)濟(jì)作物研究所試驗(yàn)地（遼寧省遼陽市）進(jìn)行高粱品種資源抗炭疽病、靶斑病、大斑病、彎孢霉葉斑病和蚜蟲的田間鑒定。抗性調(diào)查結(jié)果取2年中最高級(jí)別，農(nóng)藝性狀調(diào)查結(jié)果取平均值。將相同?。ㄏx）害鑒定材料隨機(jī)排列，小區(qū)行長(zhǎng)5 m，單行區(qū)，行距0.6 m，小區(qū)保苗25株以上。土壤肥力水平和栽培管理與大田生產(chǎn)相同。

1.4" 病原的培養(yǎng)及田間接種鑒定方法

1.4.1" 接種體的培養(yǎng)及田間接種" 高粱炭疽病菌（菌株LTJ1）接種物的制備：將病菌均勻涂布在酪蛋白-乳糖水解液培養(yǎng)基（ATCC）平板上，于25 ℃光—暗（12 h—12 h）交替培養(yǎng)15 d，用無菌水將菌落表面橘紅色的分生孢子團(tuán)洗下，配制成濃度為 3×105個(gè)/mL的孢子懸浮液。在高粱8～10葉期，用噴霧器將病菌孢子懸浮液噴施在植株喇叭口中及周圍葉片上，用量為10 mL/株［17］。

高粱靶斑病菌（菌株LBB1）、彎孢霉葉斑病菌（菌株LWB1）、大斑病菌（菌株LDB1）接種物的制備：將病原菌分別接種于高粱粒培養(yǎng)基（分別將高粱籽粒浸泡24 h、水煮20 min，冷卻后控去多余水分，裝入罐頭瓶中，于121 ℃高壓滅菌60 min，冷卻、備用）上，于25 ℃培養(yǎng)10 d，3 d搖瓶1次，使菌絲布滿高粱籽粒。然后將帶菌高粱籽粒鋪于潔凈瓷盤中，噴少量無菌水，以無積水為宜，在瓷盤上覆蓋無菌濕毛巾保濕培養(yǎng)24 h，鏡檢確認(rèn)產(chǎn)生大量分生孢子后，即可用于田間接種。采用植株喇叭口期接種方法，將制備的帶菌高粱粒投入植株心葉中，每株接種10粒［18］。

高粱上蚜蟲的接種：田間高粱蚜自然“點(diǎn)”發(fā)生后，剪取蚜量多（200頭以上）的葉片，卡在高粱中下部葉片，每個(gè)品種接種5株，葉片接種量為1張/株。

1.4.2" 抗病蟲鑒定調(diào)查方法" 蚜蟲的調(diào)查：在人工輔助接蟲7、14 d后觀察接種點(diǎn)附近的蚜蟲量，根據(jù)蟲口量進(jìn)行調(diào)查。在高粱籽粒進(jìn)入乳熟期（接種后40～50 d）后對(duì)炭疽病、靶斑病、彎孢霉葉斑病和大斑病進(jìn)行調(diào)查，通過目測(cè)鑒定材料的發(fā)病情況重點(diǎn)調(diào)查接種部位及周圍葉片。病情分級(jí)及其對(duì)應(yīng)的癥狀描述［17-18］見表1。依據(jù)葉片病斑面積占該葉片總面積的百分比劃分病情等級(jí)，記錄每份材料病情級(jí)別。當(dāng)感?。ㄏx）對(duì)照材料達(dá)到其相應(yīng)感病程度（9級(jí)）時(shí)，該批次抗病蟲鑒定視為有效。對(duì)初次鑒定（2020年）和重復(fù)鑒定（2021年）的結(jié)果進(jìn)行比較，以記錄的最高病情級(jí)別為最終鑒定結(jié)果，并根據(jù)該結(jié)果對(duì)鑒定材料進(jìn)行抗性評(píng)價(jià)。

1.5" 田間性狀的調(diào)查

半花期指半數(shù)高粱品種處于開花狀態(tài)的時(shí)期，在本試驗(yàn)中記錄高粱從播種到半花期的時(shí)間，d。籽粒成熟后，選擇生長(zhǎng)均勻的高粱品種資源，進(jìn)行株高、穗長(zhǎng)的測(cè)量，每份資源測(cè)量10株，計(jì)算平均值。

1.6" 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2021整理調(diào)查數(shù)據(jù)，并繪制直方圖，用IBM SPSS Statistics 24對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析等。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 田間生物性狀調(diào)查結(jié)果

由表2可以看出，不同高粱種質(zhì)資源性狀的變異范圍為8.63%～16.69%，變幅較大，其中穗長(zhǎng)、株高的變異系數(shù)分別為15.11%、16.69%；半花期的最大值為93 d，最小值為63 d，平均值為76.81 d；株高最大值為197.8 cm，最小值為88.8 cm，平均值為130.55 cm；穗長(zhǎng)最大值為38.5 cm，最小值為17.2 cm，平均值為24.68 cm。

2.2" 種質(zhì)資源抗病蟲性的鑒定結(jié)果

由表3可以看出，109份高粱種質(zhì)資源中對(duì)炭疽病表現(xiàn)為高抗（HR）的有19份，占17.43%；表現(xiàn)為抗（R）的資源有20份，占18.35%；表現(xiàn)為中抗（MR）的資源有11份，占10.09%；表現(xiàn)為感（S）的資源有19份，占17.43%；表現(xiàn)為高感（HS）的資源有40份，占36.70%。對(duì)靶斑病表現(xiàn)為高抗（HR）的資源有40份，占36.70%；表現(xiàn)為抗（R）的資源有41份，占37.61%；表現(xiàn)為中抗（MR）的資源有14份，占12.84%；表現(xiàn)為感（S）的資源有7份，占6.42%；表現(xiàn)為高感（HS）的資源有7份，占6.42%。對(duì)彎孢霉葉斑病表現(xiàn)為高抗（HR）的資源有18份，占16.51%；表現(xiàn)為抗（R）的資源有36份，占33.03%；表現(xiàn)為中抗（MR）的資源有35份，占32.11%；表現(xiàn)為感（S）的資源有18份，占16.51%；表現(xiàn)為高感（HS）的資源有2份，占1.83%。對(duì)大斑病表現(xiàn)為高抗（HR）的資源有27份，占24.77%；表現(xiàn)為抗（R）的資源有41份，占37.61%；表現(xiàn)為中抗（MR）的資源有26份，占23.85%；表現(xiàn)為感（S）的資源有12份，占11.01%；表現(xiàn)為高感（HS）的資源有3份，占2.75%。對(duì)蚜蟲表現(xiàn)為高抗（HR）的資源有14份，占12.84%；表現(xiàn)為抗（R）的資源有24份，占22.02%；表現(xiàn)為中抗（MR）的資源有21份，占19.27%；表現(xiàn)為感（S）的資源有22份，占20.18%；表現(xiàn)為高感（HS）的資源有28份，占25.69%。共篩選出兼抗5種病蟲害的抗病以上資源3份，分別為哈1005、哈2013、哈R521，兼抗4種病蟲害的多抗性資源14份。

2.3" 種質(zhì)資源抗病（蟲）性與農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

相關(guān)性分析結(jié)果（表4）表明，株高與炭疽病抗性呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.256；株高與靶斑病抗性呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.223；半花期與彎孢霉葉斑病抗性呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.272；大斑病抗性與炭疽病抗性呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.354；大斑病抗性與靶斑病抗性呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.469；穗長(zhǎng)與株高呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.197。

3" 討論與結(jié)論

本研究對(duì)109份高粱種質(zhì)資源進(jìn)行5種?。ㄏx）害的抗性鑒定及3個(gè)主要農(nóng)藝性狀的評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，對(duì)炭疽病表現(xiàn)為抗病以上的高粱品種有39份，占總鑒定材料的35.78%；對(duì)靶斑病表現(xiàn)為抗病以上的材料有81份，占74.31%；對(duì)彎孢霉葉斑病表現(xiàn)為抗病以上的材料有54份，占49.54%；對(duì)大斑病表現(xiàn)為抗病以上的材料有68份，占62.39%；對(duì)蚜蟲表現(xiàn)為抗以上的材料有38份，占34.86%。共篩選出兼抗5種病（蟲）害的抗病以上資源3份（哈1005、哈2013和哈R521），兼抗4種病蟲害的多抗性資源14份。相關(guān)性分析結(jié)果表明，株高與炭疽病抗性呈正相關(guān)，與靶斑病抗性呈負(fù)相關(guān)；半花期與彎孢霉葉斑病的抗性呈負(fù)相關(guān)；大斑病抗性與炭疽病抗性呈負(fù)相關(guān)，與靶斑病抗性呈正相關(guān)；穗長(zhǎng)與株高呈負(fù)相關(guān)。

葉部病害可以通過降低活性光合面積而導(dǎo)致產(chǎn)量下降，也可以直接或間接影響高粱產(chǎn)量（籽粒、飼料、糖積累等）和質(zhì)量。在過去的幾十年里，對(duì)炭疽病和大斑病存在多個(gè)小種的病害以及受環(huán)境影響極大的如莖腐病和粒霉病、蚜蟲等病蟲害均開展了跨學(xué)科、國(guó)際性和合作性研究，高粱多種抗性的應(yīng)用取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，高粱主要農(nóng)藝性狀的主成分及聚類分析、表型遺傳多樣性也有相關(guān)研究，但兩者結(jié)合相關(guān)研究較少［20-24］。

研究發(fā)現(xiàn)的抗病蟲特性優(yōu)異高粱資源，可為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)防病和抗病育種提供鑒定技術(shù)、控病依據(jù)。同時(shí)，研究中應(yīng)用的人工接種鑒定技術(shù)，可為高粱品種資源抗病蟲性評(píng)價(jià)提供方法和手段，為采用生物工程技術(shù)進(jìn)行抗性基因分子標(biāo)記和基因編輯與利用提供基礎(chǔ)材料，為空間避病提供理論依據(jù)。實(shí)踐證明，利用抗?。ㄏx）品種可減少化學(xué)藥劑的使用，降低成本，保護(hù)環(huán)境，是高粱病蟲害防治的重要手段和有效途徑。

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